Osteogenesis in epitelial tumors on the example of a pilomatricomas

Full Text

Гетеротопический остеогенез (ГО) - формирование дифференцированной костной ткани вне скелета, то есть в местах, не связанных преемственностью с первоначально детерминированной скелетогенной мезенхимой [1]. Описаны как наследственные формы заболеваний, при которых происходит внескелетное костеобразование (фибродисплазия оссифици-рующая прогрессирующая), так и приобретенные. Последние встречается чаще и могут являться результатом травм, вследствие которых создаются условия для формирования гетеротопического оссификата, Пиломатрикома (пиломатриксома, кальцифицирующаяся эпителиома Малерба, эпителиома Малерба) - это редкая доброкачественная опухоль, составляющая по данным разных авторов до 0,2% от всех новообразований кожи, развивающаяся из базальных эпителиоци-тов волосяной луковицы (матриксные клетки) [10, 11]. Большая часть опухолей из этого источника являются доброкачественными, однако в литературе описано не менее 130 случаев злокачественного варианта опухоли (pilomatrix carcinoma) [12, 13]. По некоторым данным ее рост связан с мутацией в гене, отвечающим за выработку р-катенина (catenin-p1, CTNNB1), который является частью белкового комплекса кадгерина. Известно, что высокая экспрессия р-катенина приводит к активации Wnt-сигнального пути, вовлеченного в пролиферацию клеток. р-катенина также участвует в обеспечении межклеточной адгезии, в частности, в эпителиальных тканях [3, 12]. Пиломатрикома представляет собой опухоль, заключенную в фиброзную капсулу, расположенную в дерме, иногда распространяющуюся в подкожную жировую клетчатку. Опухоль состоит из клеток двух типов: базофильных (базолоидных) и так называемых клеток-«теней» [12, 14]. Базофильные клетки расположены по периферии опухолевых тяжей или опухолевого узла и представляют собой небольшие клетки со скудной цитоплазмой, нечеткими границами при светооптическом изучении и резко базофильным ядром. Они считаются клеточным источником роста опухоли. Пролиферируя базофильные клетки проходят путь корнификации, «теряют» ядра, что приводит к образованию т. н. клеток-«теней», расположенных в центральных объемах опухоли. Клетки, находящиеся в процессе дифференцировки от базофильных до клеток-«теней», имеют пикнотичное ядро и называются промежуточными [11]. Таблица 1. Общая характеристика пациентов с участками остеогенеза в пиломатрикомах Характеристика Случай 1 Случай 2 Случай 3 Пол женский мужской мужской Возраст (лет) 40 21 56 Локализация Верхняя конечность (предплечье) Шея Верхняя конечность (кисть) Длительность анамнеза 4 года более 10 лет 2 года Предшествующие травмы не отмечает не отмечает не отмечает Размер образования (см) 1,5х1,0х1,0 2,5х 1,5х1,0 1,4х1,3х1,1 Выделяют 4 гистологические стадии развития пило-матрикомы: ранняя, полного развития, раннего регресса и позднего регресса [12, 15-17]. На ранних стадиях развития опухоли преобладает базалоидный компонент, с увеличением продолжительности существования опухоли увеличивается доля клеток-«теней», а в центре появляются очаги кератинизации и дистрофического обызвествления. Так же в некоторых публикациях описано появление гигантских многоядерных клеток, преимущественно вблизи участков, занятых кератиновыми массами. Образование истинной костной ткани в опухоли нельзя считать частым событием. Согласно научной литературе, оссификация пиломатриком происходит в 6-15% зарегистрированных случаев опухоли [10, 16]; имеются указания на то, что в детской практике частота костеобразования в опухоли не превышает 2,6% [14]. Справедливо отмечено, что гетеротопический остеогенез по прежнему остается недостаточно изученным явлением [2]. Цель настоящего анализа состоит в патоморфологическом исследовании доступных для изучения пиломатриком и обсуждении возможных механизмов гетеротопического остеогенеза в них. Материал и методы Проанализировано 43 случая пиломатрикомы у пациентов, обратившихся за медицинской помощью в Государственное учреждение здравоохранения Рязанской области «Областной клинический онкологический диспансер», Государственное учреждение здравоохранения Рязанской области «Областная клиническая больница» и Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы «Московская городская онкологическая больница № 62» департамента здравоохранения города Москвы. Проведено патогистологическое исследование 22 доступных микропрепаратов с целью верификации диагноза и выявления очагов оссификации опухоли. Гистологические срезы окрашивали гематоксилином и эозином, по Маллори. Проведено иммуногистохимическое исследование для определения индекса пролиферации опухоли (Ki-67, Dako, Дания) и точного определения ее эпителиального компонента (AE1/AE3, Novocastra, США). Результаты Среди пациентов превалировали женщины - 64%. Средний возраст обратившихся составил 52 года. Наиболее частой локализацией опухоли являлась область головы и шеи (40%). При патогистологическом исследовании выявлено, что опухоль представлена солидным образованием с фиброзной капсулой, в большинстве случаев различался эпителиальный и стромальный компоненты. Базалоидные эпителиоциты без признаков атипии составляли периферические части опухолевых тяжей. Ближе к центру опухолевых структур базалоидные клетки приобретали внешний вид промежуточных, а далее - клеток-«теней». В некоторых случая базалоидные клетки обнаруживались в минимальном количестве или вообще отсутствовали. В ряде случаев в опухолевой ткани имелись микрокальцинаты, скопления кератиновых масс. Стромальная часть опухоли была сформирована волокнистой соединительной тканью с незначительной (редкой) лимфоцитарной инфильтрацией. В 3 случаях значительная часть новообразования представлена костной тканью (рис. 1). Клинические данные пациентов, у которых были обнаружены оссифицированные пиломатрикомы, представлены в таблице 1. Гистологическое строение всех трех случаев было сходным. На периферии эпителиальных тяжей, построенных из клеток-«теней», имеются наложения костного вещества в виде сформированных из рети-кулофиброзной костной ткани трабекул (рис. 2). Окрашивание по Маллори позволяет выявить пограничный низкоминерализованный коллагеновый слой между эпителиоцитами и оссифицированной стромой. В отдельных полях зрения минерализованные трабекулы характеризовались тенденцией к «созреванию» в пластинчатую костную ткань. Совокупность костной ткани формировала архитектуру губчатого вещества кости. Вероятно, поверхностью аппозиционного роста костной ткани является сторона, обращённая к соединительнотканной строме. Важно подчеркнуть, что ни на стороне, обращенной к эпителию, ни на противоположной поверхности не обнаружены активные матрикс-продуцирующие остеобласты. В самих балках имеются отдельные редкие остеоциты. Остеокласты не обнаружены; вместе с тем, гигантские многоядерные клетки могут быть выявлены вблизи эпителиального компонента опухоли, но никогда в ассоциации с костью и эрозионными лакунами на ее поверхности. В межбалочных пространствах помимо волокнистой соединительнотканной строме детектируются большие объемы жировой ткани. Рис. 1. Пиломатрикома пациента 3; трабекулы ретикулофиброзной костной ткани (*), покрывающие эпителиальные тяжи (**), построенные из клеток-«теней». Окраска: гематоксилин и эозин. Ув.: А х4; Б и В - см. масштабный отрезок При иммуногистихимическом исследовании установлено, что изученные образцы опухоли характеризуется низким пролиферативным потенциалом: Ki-67-положительные клетки не обнаружены в эпителиальных частях опухоли, единичные дискретные клетки с морфологией фибробластов и гистиоцитов с окрашенными ядрами выявлены в составе стромы. Эпителиальная часть новообразования характеризуется положительным реагированием цитоплазматических компонентов с антителами на различные фракции цитокератинов (см. рис. 2). Обсуждение В литературе описано бимодальное распределение пиковых возрастов обращения пациентов с пиломатри-комами: от 0 до 20 лет (средний возраст - 16,5 лет); и старшая возрастная группа от 50 до 65 лет [12, 10, 16]. В настоящее исследование вошли пациенты в основном от 40 до 80 лет, что и обусловило средний возраст в 52 лет. Вероятно, такое распределение клинических случаев связано с особенностями маршрутизации пациентов детского и подросткового возрастов. Гендерное распределение также находится в пределах диапазона, опубликованного другими авторами, женщины заболевают несколько чаще [3, 16]. В опубликованных данных указывается, что большая часть пиломатриком (около 40%) развиваются в коже головы и шеи (в нашем исследовании - 40%), на втором месте - кожа верхних конечностей (по нашим данным - 20%), остальные локализации (кожа туловища, молочных желез, нижних конечностей и половых органов составляют значимо меньшую долю), что соответствует ранее опубликованным данным [12, 18]. На момент описания опухоли предполагали, что ее гистогенез связан с сальными железами и себоци-тами (рис. 3), однако позднее (1960-70 гг.) был установлен гистогенез опухоли, связанный с матричными клетками волосяной луковицы, что позволило «переназвать» ее как пиломатрикому [12, 16]. Высокая «склонность» опухоли к дистрофической минерализации дала основания считать ее именно кальцифицирующейся, имеются сведения о минерализации 70-85% опухолей вне зависимости от размера и длительности анамнеза [16]. Вместе с тем, образование костной ткани в этом новообразовании является процессом не частым и по данным разных авторов колеблется от 6 до 15% [10, 15]. Показано, что такой остеогенез происходит в зонах, занятых клетками-«тенями». Проблема гетеоротопического остеогенеза при эпителио-стромальных взаимодействиях в гистологическом смысле существенно шире, чем вопрос костеобразования в эпителиальных опухолях. Впервые она была оценена и системно изучена отечественным ученым А.Я. Фриденштейном [1, 20]. В частности, он указывал, опираясь на работы И.И. Шмальгаузена (1947)1 и А.В. румянцева (1958)2, что филогенетически межклеточные взаимодействия мезенхимы и покровного эпителия приводят к остеогенезу при формировании ганоидной, плакоидной и космоидной чешуи у различных позвоночных животных, в том числе вымерших. При их морфогенезе под индукционным влиянием эктодермального эпителия формируется одна из древних разновидностей костной ткани - дентиноидная. Аналогичный механизм реализуется при развитии зубов у млекопитающих. Рис. 2. Пиломатрикома пациента 3; 1 - эпителиальная часть опухоли (клетки-«тени»); 2 - костная ткань (включая остеоид); 3 - строма опухоли из рыхлой волокнистой соединительной и жировой тканей; * - низкоминерализованный слой (остеоид). i - гигантская многоядерная клетка. Окраска: по Маллори; иммуногистохимические реакции с антителами к AE1/AE3 и Ki-67, докраска гематоксилином. Ув.: А х100, Б, Ё х250; В, Г, Ж х400, Д, Е х200 Другим примером закрепленного эволюционно индуцированного эпителием остеогенеза, является развитие костной ткани органов чувств под воздействием производных нейроэктодермы; осевого скелета под индукцией того же эмбрионального зачатка и хорды, что убедительно продемонстрировано методом пересадок эмбриональных зачатков. ряд исследователей, к которым принадлежит и А.Я. Фриденштейн, рассматривали и формирование скелетной основы почки конечностей - хрящевой и костной ткани, как результат индукционного влияния производных кожной эктодермы формирующейся конечности [1]. Указанные примеры демонстрируют, что эпителиальная индукция скелетогенной дифференцировки клеток мезенхимы явление весьма древнее в эволюционном смысле и, вероятно, одно из основных при формировании скелета на этапах эмбриогенеза. В постнатальный период этот механизм в отношении внескелетного (гетеротопического) остеогенеза реализуется не так часто и в основном при развитии патологических состояний. В частности, А.Я. Фриденштейн выделял три группы состояний индуцирующих остеогенез постнатально: некроз - вследствие организации через реактивно-измененную (иногда - грануляционную ткань); свободная пересадка ауто- аллокостной ткани; и - влияние некоторых видов эпителия в условиях реактивных изменений (некроз, свободная пересадка, регенерация) [1]. В терминологии А.Я. Фриденштейна (1959) для реализации сдвига дифференцировки индуцибельных к остеогенезу клеток реактивно измененной соединительной ткани в костное направление связан с сочетанием факторов [1, 20, 21]. В частности, фактора появления скелетогенной ткани - структуры, чьи клетки характеризуются «готовностью» воспринять индукционное воздействие, т. е. в современном понимании, обладают набором рецепторов, связывающихся с растворимыми факторами роста и запускающими внутриклеточные события остеобластической дифференцировки - т. н. «рецепторное поле» регуляторных биохимических фатко-ров. И факторами, направляющими гистогенез, в современном понимании - лигандов для этих рецепторов, т. е. остеогенных факторов роста и иных молекул. Третьим фактором остеогенеза предлагают считать и микроокружение, под которым, видимо, следует понимать, например, васкуляризацию, обеспечивающую достаточную оксигенацию зоны остеогенеза и доставку минералов. В серии работ эмпирико-экспериментальным путем (пересадка фрагментов мочевого пузыря с переходным эпителием, перевязка почечных артерий) А.Я. Фриденштейн показал возможность индукции гетеротопического остеогенеза во внескелетных структурах и связал этот процесс с секреторной активностью клеток переходного, по некоторым данным эктодермального по своей природе эпителия [22], вырабатывающих индукционные факторы в отношении остеобластической дифференцировки [1, 20, 21]. Позднее такие факторы были выделены и описаны в серии знаменитых работ M.R. Urist [23, 24] и A.H. Reddi [25]. Как известно, костные морфогенетические белки (Bone morphogenetic protein, BMP) представляют собой секретируемые сигнальные молекулы, принадлежащие семейству трансформирующего фактора роста-бета (кроме BMP-1) [26]. Изначально этот класс белков был описан как молекулы, стимулирующие формирование костной ткани в ходе энхондрального остеогенеза. Позднее было выявлено, что ВМр способны регулировать разнообразные клеточные процессы, которые включают пролиферацию, дифференцировку, апоптоз, хемотаксис, ангиогенез и продукцию внеклеточного матрикса во многих клетках и тканях, в том числе в коже [27, 28]. Главный путь влияния ВМр на активность остеогенных клеток основан на стимулировании серин-треонин-киназных рецепторов 1 и 2 типов. Взаимодействие с рецепторами приводит к активации внутриклеточных сигнальных протеинов Smad-1, -5 и -8 (9), которые транспортируются в ядро и, действуя как факторы транскрипции, приводят к активации ВМр-зависимых генов. Также идентифицированы Smad- независимые пути активации генома - р38 митоген-активируе-мый протеинкиназный путь и фосфатидилинозитол 3-киназный путь. Связывание ВМр с соответствующими рецепторами на мембране остеогенных клеток-предшественниц (детерминированных и индуцибель-ных) приводит к их дифференцировке в остеобласты, формированию костной ткани и в редких случаях - к формированию экстраскелетного «костномозгового органа» - при заселении новообразованной кости кроветворными клетками [29, 30]. Рис. 3. Титульный лист первой публикации о кальцифицирующихся опухолях из придатков кожи: A. Malherbe, Recherches sur l'epitheliome calcifie des glandes sebacees. Paris, 1882 [19] В дальнейшем было обнаружено, что BMP-2 ответственны за индукцию мрНК proa1 (II) коллагена в эпителиальных клетках пиломатрикомы, что приводит к синтезу коллагена 2 типа [31, 32]. Причем, чем длительнее существует опухоль, тем более выражен синтез коллагена-2 в базалоидном слое. Так же показана роль BMP при развертывании гетеротопического остеогенеза в других эпителиальных опухолях, в частности в почечноклеточном раке [33-35]. Описан гетеротопический остеогенез в эпителиальных опухолях кожи и при ряде наследственных болезней (синдром Гарднера, Тернера, Кабуки, миотоническая дистрофия и др.) [2, 18, 19, 36], однако пока не удается связать это явление со специфическим патоморфогенезом этих болезней и пиломатрикомы при них, наиболее вероятно, являются спорадическим явлением. В литературе все еще можно встретить гипотезы о механизме остеогенеза в пиломатрикомах, которые предполагают т. н. «метаплазию» эпителия в костную ткань в ответ на ишемию, некрозы и воспалительную инфильтрацию [3, 1 0]3. С позиции совокупности современных знаний по молекулярной и клеточной биологии такого рода трансформация не может быть объяснена без формирования пула т. н. плюрипотентных стволовых клеток или получаемых в лабораторных условиях клеток с индуцированной плюрипотентностью, что не соответствует описываемым клинико-морфологическим характеристикам этих опухолей. Впрочем, еще Александр Яковлевич Фриденштейн указывал, что возможность «ставить вопрос о превращении ...эпителия в кость или о «прямой метаплазии» соединительной ткани в костную» исключена в связи с нашим знаниями о гистогенезе и гистохимии. Он соглашается с мнением, сформированным в том числе в ходе анализа патологоанатомического материала. «Об этом может быть не лишне упомянуть, так как в прошлом анализ гетеротропного окостенения проводился иногда на уровне такого рода представлений. Важно, что, как указывает крупный знаток патологии костной ткани А.В. Русаков (1959), костная ткань и в патологических условиях возникает всегда с участием специфически дифференцированных клеток (остеобластов) и никогда метапластически» [1]. Помимо двух приведенных концепций развития гетеротопического остеогенеза, предложено мнение об эктопии остеогенных мезенхимальных клеток в ходе эмбрионального развития, что позволяет считать их в коже гамартомами [2, 37]. Таким образом, наиболее проработанной концепцией механизма развития ГО в коже в т. ч. в составе эпителиальных опухолей является путь индуцированного эктодермальным по своему гистогенезу эпителием образования костной ткани, в реализации которого функцию «рецепторного поля» выполняют индуцибельные к остеогенезу клетки стромы (в т. ч. периваскулярные), а фактором индукции - биологически активные вещества, продуцируемые эпителиоцитами при определенных пока не до конца расшифрованных условиях.

About the authors

R. V Deev

Human Stem Cell Institute; I.I. Mechnikov North-Western State Medical University

Email: romdey@gmail.com

I. L Plaksa

Human Stem Cell Institute; Moscow City Oncology Hospital № 62

Email: romdey@gmail.com

A. V Baranich

I.P. Pavlov Ryazan State Medical University

Email: romdey@gmail.com

E. V Shcherbakova

I.I. Mechnikov North-Western State Medical University

Email: romdey@gmail.com

I. I Vinogradov

I.P. Pavlov Ryazan State Medical University; Ryazan Regional Clinical Oncology Center

Email: romdey@gmail.com

References

Supplementary files